以Linux为例了解线程

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以Linux为例了解线程

什么是线程
为什么要有线程
- Linux下的“线程”
- 线程结构
- 线程的优缺点
线程创建
线程退出
线程等待

什么是线程

线程是进程的一个执行分枝，线程是CPU调度与执行的基本单位。
而我们之前学过的进程，则是OS资源分配的基本单位。
进程与线程之间的关系如下图。
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在一个进程内，每个线程的大多数资源都是共享的，但是也又一些资源并非共享，我们下面会介绍。

为什么要有线程

CPU要完成并发，我们之前是使用多进程，多进程需要开辟多个进程地址空间，这样对内存的开销很大，并且多进程对cache的利用率不高，导致多进程的调度效率不如多线程。

Linux下的“线程”

在Linux操作系统下，是没有线程概念的，但存在一个轻量级进程(LWP)的概念，而实现Linux下的线程则是在Linux原生库中，并且分装了LWP，所以Linux中线程也被称为用户级线程。
并且Linux下的进程也是分装了LWP的，所以Linux下进程和线程的根源都是LWP。
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线程结构

由于Linux下的线程不属于系统库，所以操作系统不会对线程进行管理，实际上，Linux下对于线程的管理是由原生线程库完成的。
以下为线程结构体结构。
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1).每个线程都拥有单独的栈空间，主线程的栈空间就是地址空间中的栈，而其他线程的栈空间则是自带的。
2).线程还存在一个线程局部存储区域，该区域可以将多线程的共享资源，拷贝一份到线程局部存储区域内，(__thread)作为线程的单独资源来使用，只能拷贝C语言的内置类型。
3).属性信息则是记录线程的属性，比如该线程是否分离等等。

在Linux中使用线程时，我们一定要链接原生线程库，此时每个进程创建的线程都会被组织在库中，如下图。
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可以看到，在线程库内，线程类似与数组一样被组织起来。

线程的优缺点

现在我们可以总结一下线程的优缺点，我们类比进程。
优点：

1).用多线程实现并发比多进程要更加节省空间。
2).多线程CPU的调度速度，比多进程调度速度更快。
3).多线程对计算密集型和IO密集型的程序效率更高。

缺点：

1).线程没有访问控制，多线程中，先运行那个线程，是不确定的。
2).大量线程会导致CPU运行效率降低。
3).多线程代码会使得代码健壮性降低。

多线程的绝大部分资源都是共享的，但是也有部分资源不共享。

1).每个线程都有自己的栈空间。
2).线程是CPU调度与执行的基本单位，所以每个线程都有自己的一组寄存器。

同时也有很多资源是共享的，其中比较容易记混的。

1).所以线程都共有一个文件描述数组，及文件描述数组是进程独有的资源。
2).地址空间都是线程共有的。

线程创建

线程创建的接口如下

pthread_create

参数1：thread是一个线程的id，用于在用户层标示一个唯一的线程，它是一个输出型参数，只需要传入，由线程创建接口返回该值。
参数2：是创建线程时可以赋予其属性，传入NULL即可。
参数3：是线程对应执行的方法，函数指针类型。
参数4：是线程执行方法的参数。
返回值代表成功与否。

要注意的是，创建出的线程函数的参数和返回值都是void * 类型，这是因为void类型无法定义变量，而void * 类型任何类型的指针都可以接收和返回。
线程的tid实际上，是一个虚拟地址。

Linux中线程的维护是通过线程库进行的，线程库是动态库，线程要加载动态库到进程地址空间上，这样线程库内的所有资源都有了虚拟地址，每个线程的tid其实就是tcb的虚拟地址。